HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Expanders tiasa nganggo pangurangan tekanan pikeun ngajalankeun mesin puteran. Inpormasi ngeunaan cara meunteun kauntungan poténsial pikeun masang extender tiasa dipendakan di dieu.
Biasana dina industri prosés kimiawi (CPI), "sajumlah ageung énergi dibuang dina klep kontrol tekanan dimana cairan tekanan tinggi kedah didepressurized" [1]. Gumantung kana rupa-rupa faktor téknis jeung ékonomi, meureun nya desirable pikeun ngarobah énérgi ieu kana énergi mékanis puteran, nu bisa dipaké pikeun ngajalankeun generator atawa mesin puteran séjén. Pikeun cairan incompressible (cairan), ieu kahontal ngagunakeun turbin recovery énergi hidrolik (HPRT; tingali rujukan 1). Pikeun cair compressible (gas), expander mangrupakeun mesin cocog.
Expander mangrupikeun téknologi dewasa sareng seueur aplikasi anu suksés sapertos retakan katalitik cairan (FCC), kulkas, klep kota gas alam, pamisahan hawa atanapi émisi knalpot. Sacara prinsip, sagala aliran gas kalayan tekanan ngurangan bisa dipaké pikeun ngajalankeun hiji expander, tapi "kaluaran énergi anu langsung sabanding jeung rasio tekanan, suhu jeung laju aliran aliran gas" [2], kitu ogé feasibility teknis na ékonomi. Palaksanaan Expander: Prosésna gumantung kana ieu sareng faktor sanésna, sapertos harga énergi lokal sareng kasadiaan produsén alat anu cocog.
Sanajan turboexpander (fungsi sarupa turbin a) mangrupakeun tipe expander pang alusna-dipikawanoh (Gambar 1), aya tipe séjén cocog pikeun kaayaan prosés béda. Artikel ieu ngenalkeun jenis utama expanders sareng komponenana maranéhanana sarta summarizes kumaha manajer operasi, konsultan atawa auditors énergi di sagala rupa divisi CPI bisa evaluate poténsi kauntungan ékonomi jeung lingkungan tina masang expander.
Aya loba tipena béda pita lalawanan nu greatly rupa-rupa géométri jeung fungsi. Jenis utama anu dipidangkeun dina Gambar 2, sarta unggal tipe digambarkeun sakeudeung di handap. Kanggo inpo nu leuwih lengkep, kitu ogé grafik ngabandingkeun status operasi unggal jenis dumasar kana diaméter husus sarta speeds husus, tingali Pitulung. 3.
Piston turboexpander. Piston sareng piston rotary turboexpanders beroperasi sapertos mesin durukan internal anu puteran balik, nyerep gas tekanan tinggi sareng ngarobih énergi anu disimpen janten énergi rotasi ngalangkungan crankshaft.
Séred turbo expander. Expander turbin marake diwangun ku chamber aliran concentric kalawan fins LIPI napel periphery unsur puteran. Éta nu dirancang dina cara nu sarua salaku roda cai, tapi cross-bagian tina chambers concentric naek ti inlet ka outlet, sahingga gas rék dilegakeun.
Radial turboexpander. Turboexpanders aliran radial boga inlet axial sarta outlet radial, sahingga gas rék dilegakeun radially ngaliwatan impeller turbin. Nya kitu, turbin aliran axial ngalegaan gas ngaliwatan kabayang turbin, tapi arah aliran tetep sajajar jeung sumbu rotasi.
Artikel ieu museurkeun kana turboexpanders radial sareng axial, ngabahas rupa-rupa subtipe, komponén, sareng ékonomi.
A turboexpander extracts énergi ti aliran gas-tekanan luhur sarta ngarobahna kana beban drive. Ilaharna beban mangrupa compressor atawa generator disambungkeun ka aci a. A turboexpander kalawan compressor a compresses cairan dina bagian séjén tina aliran prosés nu merlukeun cairan dikomprés, kukituna ngaronjatkeun efisiensi sakabéh pabrik ku ngagunakeun énergi anu disebutkeun wasted. A turboexpander kalayan beban generator ngarobah énergi kana listrik, nu bisa dipaké dina prosés tutuwuhan lianna atawa balik ka grid lokal pikeun dijual.
Generators Turboexpander tiasa dilengkepan boh aci drive langsung tina kabayang turbin ka generator, atanapi ngalangkungan kotak gear anu sacara efektif ngirangan laju input tina kabayang turbin ka generator ngalangkungan rasio gear. Direct drive turboexpanders nawiskeun kaunggulan dina efisiensi, tapak suku jeung waragad perawatan. Gearbox turboexpanders langkung beurat sareng ngabutuhkeun tapak suku anu langkung ageung, alat bantu pelumasan, sareng pangropéa rutin.
Aliran-liwat turboexpanders bisa dijieun dina bentuk radial atawa turbin axial. Expander aliran radial ngandung inlet axial sareng outlet radial sahingga aliran gas kaluar turbin sacara radial tina sumbu rotasi. Turbin Axial ngamungkinkeun gas ngalir axially sapanjang sumbu rotasi. Turbin aliran axial nimba énergi tina aliran gas ngaliwatan inlet pituduh vanes ka kabayang expander, kalawan aréa cross-sectional tina chamber ékspansi laun ningkat pikeun ngajaga speed konstan.
Generator turboexpander diwangun ku tilu komponén utama: kabayang turbin, bantalan husus sarta generator a.
kabayang turbin. Roda turbin mindeng dirancang husus pikeun ngaoptimalkeun efisiensi aerodinamis. Variabel aplikasi anu mangaruhan desain roda turbin kalebet tekanan inlet / outlet, suhu inlet / outlet, aliran volume, sareng sipat cairan. Nalika rasio komprési luhur teuing pikeun diréduksi dina hiji tahap, peryogi turboexpander sareng sababaraha roda turbin. Roda turbin radial sareng axial tiasa dirarancang salaku sababaraha tahap, tapi roda turbin axial gaduh panjang axial anu langkung pondok sahingga langkung kompak. Turbin aliran radial multistage merlukeun gas ngalir ti axial ka radial jeung deui axial, nyieun leungitna gesekan leuwih luhur ti turbin aliran axial.
bantalan. Desain bantalan penting pikeun operasi efisien turboexpander a. Jenis bantalan anu aya hubunganana sareng desain turboexpander rupa-rupa sareng tiasa kalebet bantalan minyak, bantalan pilem cair, bantalan bola tradisional, sareng bantalan magnét. Unggal métode boga kaunggulan jeung kalemahan sorangan, sakumaha ditémbongkeun dina Table 1.
Loba pabrik turboexpander milih bantalan magnét salaku "bearing pilihan" maranéhanana alatan kaunggulan unik maranéhanana. Bantalan magnét mastikeun operasi bébas gesekan tina komponén dinamis turboexpander, sacara signifikan ngirangan biaya operasi sareng pangropéa salami umur mesin. Éta ogé dirancang pikeun tahan rupa-rupa beban axial sareng radial sareng kaayaan overstress. Biaya awal anu langkung luhur diimbangi ku biaya siklus kahirupan anu langkung handap.
dinamo. Generator nyandak énergi rotasi turbin sareng ngarobih kana énergi listrik anu mangpaat nganggo generator éléktromagnétik (anu tiasa janten generator induksi atanapi generator magnet permanén). Generators induksi boga laju dipeunteun handap, jadi aplikasi turbin speed tinggi merlukeun kotak gear, tapi bisa dirancang pikeun cocog frékuénsi grid, ngaleungitkeun kabutuhan variabel drive frékuénsi (VFD) pikeun nyadiakeun listrik dihasilkeun. Generators magnét permanén, di sisi séjén, bisa langsung aci gandeng turbin jeung ngirimkeun kakuatan ka grid ngaliwatan drive frékuénsi variabel. generator nu dirancang pikeun nganteurkeun kakuatan maksimum dumasar kana kakuatan aci sadia dina sistem.
Anjing laut. Segel ogé komponén kritis nalika ngarancang sistem turboexpander. Pikeun ngajaga efisiensi anu luhur sareng nyumponan standar lingkungan, sistem kedah disegel pikeun nyegah bocor gas prosés poténsial. Turboexpanders bisa dilengkepan segel dinamis atawa statik. segel dinamis, kayaning anjing laut labyrinth na segel gas garing, nyadiakeun segel sabudeureun aci puteran, ilaharna antara kabayang turbin, bantalan jeung sesa mesin dimana generator nu lokasina. Segel dinamis luntur kana waktosna sareng peryogi pangropéa sareng pamariksaan rutin pikeun mastikeun aranjeunna tiasa dianggo leres. Nalika sadaya komponén turboexpander dikandung dina perumahan tunggal, anjing laut statik bisa dipaké pikeun ngajaga sagala ngawujud kaluar perumahan, kaasup kana generator nu, drive bearing magnét, atawa sensor. segel airtight ieu nyadiakeun panyalindungan permanén ngalawan leakage gas sarta merlukeun euweuh pangropéa atawa perbaikan.
Tina sudut pandang prosés, syarat utama pikeun masang expander nyaéta nyayogikeun gas anu tiasa dikomprés tekanan tinggi (non-condensable) kana sistem tekanan rendah kalayan aliran anu cekap, serelek tekanan sareng panggunaan pikeun ngajaga operasi normal alat. Parameter operasi dijaga dina tingkat anu aman sareng efisien.
Dina watesan fungsi ngurangan tekanan, expander bisa dipaké pikeun ngaganti klep Joule-Thomson (JT), ogé katelah klep throttle. Kusabab klep JT ngalir sapanjang jalur isentropik jeung expander ngalir sapanjang jalur ampir isentropic, dimungkinkeun ngurangan entalpi gas sarta ngarobah bédana enthalpy kana kakuatan aci, kukituna ngahasilkeun hawa outlet leuwih handap klep JT. Ieu mangpaat dina prosés cryogenic dimana tujuanana pikeun ngurangan suhu gas.
Upami aya wates handap dina suhu gas outlet (contona, dina stasiun dekompresi dimana suhu gas kedah dijaga di luhur beku, hidrasi, atanapi suhu desain bahan minimum), sahenteuna hiji pamanas kedah ditambah. ngontrol suhu gas. Nalika preheater perenahna di hulu expander, sababaraha énergi ti gas feed ogé pulih dina expander, kukituna ngaronjatkeun kaluaran kakuatan na. Dina sababaraha konfigurasi mana kontrol hawa outlet diperlukeun, a reheater kadua bisa dipasang sanggeus expander pikeun nyadiakeun kadali gancang.
Dina Gbr. Gambar 3 nembongkeun diagram saderhana tina diagram aliran umum hiji generator expander kalawan preheater dipaké pikeun ngaganti hiji klep JT.
Dina konfigurasi prosés séjén, énergi pulih dina expander nu bisa dibikeun langsung ka compressor nu. Mesin ieu, sok disebut "komandan", biasana ngagaduhan tahap ékspansi sareng komprési dihubungkeun ku hiji atanapi langkung aci, anu ogé tiasa kalebet kotak gear pikeun ngatur bédana laju antara dua tahapan. Ogé bisa ngawengku hiji motor tambahan pikeun nyadiakeun kakuatan leuwih kana tahap komprési.
Di handap ieu aya sababaraha komponén pangpentingna anu mastikeun operasi ditangtoskeun jeung stabilitas sistem.
Klep bypass atanapi klep pangurangan tekanan. Klep bypass ngamungkinkeun operasi diteruskeun nalika turboexpander henteu beroperasi (contona, pikeun pangropéa atanapi kaayaan darurat), sedengkeun klep pangurangan tekanan dianggo pikeun operasi kontinyu pikeun nyayogikeun gas kaleuwihan nalika aliran total ngaleuwihan kapasitas desain expander.
Emergency shutdown valve (ESD). valves ESD dipaké pikeun meungpeuk aliran gas kana expander dina kaayaan darurat pikeun nyegah karuksakan mékanis.
Instrumén jeung kontrol. Variabel penting pikeun diawaskeun kalebet tekanan inlet sareng outlet, laju aliran, laju rotasi, sareng kaluaran listrik.
Nyetir dina laju kaleuleuwihan. Alatna ngeureunkeun aliran kana turbin, nyababkeun rotor turbin ngalambatkeun, ku kituna ngajagaan alat tina kagancangan anu kaleuleuwihan kusabab kaayaan prosés anu teu kaduga anu tiasa ngaruksak alat.
Tekanan Kasalametan klep (PSV). PSVs mindeng dipasang sanggeus turboexpander ngajaga pipelines jeung alat tekanan low. PSV kudu dirancang pikeun tahan contingencies paling parna, nu ilaharna ngawengku gagalna klep bypass pikeun muka. Mun hiji expander ditambahkeun kana stasiun ngurangan tekanan aya, tim desain prosés kudu nangtukeun naha PSV aya nyadiakeun panyalindungan nyukupan.
Pamanas. Pamanas ngimbangan turunna suhu disababkeun ku gas ngaliwatan turbin, jadi gas kudu preheated. Fungsi utama na nyaéta pikeun ngaronjatkeun suhu aliran gas naek pikeun ngajaga suhu gas ninggalkeun expander luhureun nilai minimum. Kauntungan sejen tina naekeun suhu nyaéta pikeun ningkatkeun kaluaran kakuatan ogé nyegah korosi, kondensasi, atanapi hidrat anu tiasa mangaruhan parah nozzles alat. Dina sistem anu ngandung penukar panas (sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 3), suhu gas biasana dikontrol ku ngatur aliran cairan anu dipanaskeun kana preheater. Dina sababaraha desain, manaskeun seuneu atanapi manaskeun listrik tiasa dianggo gaganti penukar panas. Pamanas bisa geus aya dina stasiun klep JT aya, sarta nambahkeun hiji expander bisa jadi teu merlukeun masang pamanas tambahan, tapi rada ngaronjatkeun aliran cairan dipanaskeun.
Minyak pelumas sareng sistem gas segel. Sakumaha didadarkeun di luhur, expanders tiasa ngagunakeun desain segel béda, nu bisa merlukeun pelumas sarta gas sealing. Dimana lumaku, minyak pelumas kedah ngajaga kualitas luhur sareng kamurnian nalika kontak sareng gas prosés, sareng tingkat viskositas minyak kedah tetep dina kisaran operasi bantalan pelumas anu diperyogikeun. Sistem gas disegel biasana dilengkepan alat lubrication minyak pikeun nyegah minyak tina kotak bearing asup kana kotak ékspansi. Pikeun aplikasi husus tina compander dipaké dina industri hidrokarbon, minyak pelumas jeung sistem gas segel ilaharna dirancang pikeun API 617 [5] Bagian 4 spésifikasi.
Variabel frékuénsi drive (VFD). Nalika generator induksi, VFD biasana dihurungkeun pikeun nyaluyukeun sinyal arus bolak-balik (AC) pikeun cocog sareng frékuénsi utiliti. Biasana, desain dumasar kana drive frékuénsi variabel gaduh efisiensi umum anu langkung luhur tibatan desain anu nganggo kotak gear atanapi komponén mékanis anu sanés. Sistem basis VFD ogé bisa nampung sauntuyan lega parobahan prosés nu bisa ngahasilkeun parobahan speed aci expander.
Pangiriman. Sababaraha desain expander ngagunakeun kotak gear pikeun ngurangan laju expander kana laju dipeunteun generator nu. Biaya ngagunakeun kotak gear langkung handap efisiensi umum sareng ku kituna kaluaran listrik langkung handap.
Nalika Nyiapkeun pamundut pikeun petik (RFQ) pikeun expander, insinyur prosés mimitina kudu nangtukeun kaayaan operasi, kaasup informasi ieu:
Insinyur mékanis sering ngalengkepan spésifikasi sareng spésifikasi generator expander nganggo data tina disiplin rékayasa anu sanés. Input ieu tiasa kalebet ieu:
Spésifikasi ogé kedah kalebet daptar dokumén sareng gambar anu disayogikeun ku produsén salaku bagian tina prosés tender sareng lingkup suplai, ogé prosedur tés anu lumaku sakumaha anu diperyogikeun ku proyék.
Inpormasi téknis anu disayogikeun ku produsén salaku bagian tina prosés tender umumna kedah kalebet unsur-unsur ieu:
Upami aya aspék usulan anu béda ti spésifikasi aslina, produsén ogé kedah nyayogikeun daptar panyimpangan sareng alesan panyimpangan.
Saatos proposal ditampi, tim pamekaran proyék kedah marios pamenta pikeun patuh sareng nangtoskeun naha varian sacara téknis diyakinkeun.
Pertimbangan téknis sanésna anu kedah dipertimbangkeun nalika ngevaluasi usulan kalebet:
Tungtungna, analisa ékonomi kedah dilakukeun. Kusabab pilihan anu béda-béda tiasa nyababkeun biaya awal anu béda, disarankeun yén aliran kas atanapi analisa biaya siklus hirup dilakukeun pikeun ngabandingkeun ékonomi jangka panjang proyék sareng ngabalikeun investasi. Contona, investasi awal nu leuwih luhur bisa jadi offset dina jangka panjang ku ngaronjat produktivitas atawa ngurangan syarat pangropéa. Tingali "Rujukan" kanggo pitunjuk ngeunaan jinis analisis ieu. 4.
Sadaya aplikasi turboexpander-generator merlukeun total itungan kakuatan poténsial awal pikeun nangtukeun jumlah total énergi sadia nu bisa pulih dina aplikasi nu tangtu. Pikeun generator turboexpander, poténsi kakuatan diitung salaku prosés isentropic (éntropi konstan). Ieu kaayaan termodinamika idéal pikeun mertimbangkeun prosés adiabatic malik tanpa gesekan, tapi éta prosés bener keur estimasi poténsi énergi sabenerna.
Énergi poténsial isentropik (IPP) diitung ku cara ngalikeun bédana éntalpi spésifik dina inlet sareng outlet turboexpander sareng ngalikeun hasilna ku laju aliran massa. Énergi poténsial ieu bakal dinyatakeun salaku kuantitas isentropik (Persamaan (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
dimana h(i,e) nyaéta enthalpi spésifik merhatikeun suhu outlet isentropik jeung ṁ nyaéta laju aliran massa.
Sanajan énergi poténsial isentropik bisa dipaké pikeun ngira-ngira énergi poténsial, sakabéh sistem nyata ngalibatkeun gesekan, panas, jeung karugian énergi tambahan lianna. Janten, nalika ngitung poténsi kakuatan saleresna, data input tambahan di handap ieu kedah dipertimbangkeun:
Dina kalolobaan aplikasi turboexpander, suhu diwatesan ka minimum pikeun nyegah masalah nu teu dihoyongkeun kayaning katirisan pipa disebutkeun tadi. Dimana gas alam ngalir, hidrat ampir sok aya, hartina pipah hilir turboexpander atawa klep throttle bakal freeze internal tur externally lamun hawa outlet turun handap 0 ° C. Kabentukna és tiasa nyababkeun pangwatesan aliran sareng pamustunganana mareuman sistem pikeun defrost. Ku kituna, suhu outlet "dihoyongkeun" dipaké pikeun ngitung skenario kakuatan poténsi leuwih realistis. Nanging, pikeun gas sapertos hidrogén, wates suhu langkung handap sabab hidrogén henteu robih tina gas ka cair dugi ka ngahontal suhu cryogenic (-253°C). Anggo suhu outlet anu dipikahoyong pikeun ngitung enthalpi khusus.
Efisiensi sistem turboexpander ogé kedah dipertimbangkeun. Gumantung kana téknologi anu dianggo, efisiensi sistem tiasa béda-béda sacara signifikan. Contona, turboexpander anu ngagunakeun gear réduksi pikeun mindahkeun énergi rotational ti turbin ka generator bakal ngalaman karugian gesekan gede ti sistem anu ngagunakeun drive langsung ti turbin ka generator nu. Efisiensi sakabéh sistem turboexpander dinyatakeun salaku perséntase sarta dianggap nalika assessing poténsi kakuatan sabenerna turboexpander nu. Potensi kakuatan sabenerna (PP) diitung saperti kieu:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Hayu urang tingali aplikasi relief tekanan gas alam. ABC ngoperasikeun sareng ngajaga stasiun pangurangan tekanan anu ngangkut gas alam tina pipa utama sareng nyebarkeun ka kotamadya lokal. Di stasion ieu, tekanan inlet gas nyaéta 40 bar sareng tekanan outlet nyaéta 8 bar. Suhu gas inlet anu dipanaskeun nyaéta 35 ° C, anu nyéépkeun gas pikeun nyegah katirisan pipa. Ku alatan éta, suhu gas outlet kudu dikawasa ku kituna teu turun handap 0 ° C. Dina conto ieu kami bakal nganggo 5 ° C salaku suhu outlet minimum pikeun ningkatkeun faktor kaamanan. Laju aliran gas volumetrik anu dinormalisasi nyaéta 50,000 Nm3 / h. Pikeun ngitung poténsi kakuatan, urang bakal nganggap yén sakabéh gas ngalir ngaliwatan turbo expander jeung ngitung kaluaran kakuatan maksimum. Estimasi total poténsi kaluaran kakuatan ngagunakeun itungan ieu: